JPH0528364Y2 - - Google Patents
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- JPH0528364Y2 JPH0528364Y2 JP1986120573U JP12057386U JPH0528364Y2 JP H0528364 Y2 JPH0528364 Y2 JP H0528364Y2 JP 1986120573 U JP1986120573 U JP 1986120573U JP 12057386 U JP12057386 U JP 12057386U JP H0528364 Y2 JPH0528364 Y2 JP H0528364Y2
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Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この考案は、内燃機関の気筒内に供給する混合
気の空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention relates to an air-fuel ratio control device that controls the air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied into the cylinders of an internal combustion engine.
近時、特に自動車用内燃機関における排気対
策、運転性及び燃費の向上等の要求により、気筒
に供給する混合気の空燃比を精度よく目標値に制
御する空燃比制御が行なわれている。
BACKGROUND ART In recent years, in response to demands for measures against exhaust emissions, improvements in drivability, and fuel efficiency, particularly in internal combustion engines for automobiles, air-fuel ratio control is being performed to accurately control the air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to a cylinder to a target value.
そのため、例えば電子制御燃料噴射装置を用い
た内燃機関の場合、吸入空気量と機関回転数とに
より燃料の基本噴射量を決定し、それにその時の
機関状態に応じて種々の増量補正等を行なうと共
に、O2センサ等を用いて機関排気通路内の酸素
濃度を検出することによつて実際の空燃比を検出
し、その検出結果に応じた空燃比フイードバツク
制御補正係数による補正を行なつて燃料噴射量を
制御することにより空燃比を目標値(理論空燃
比)に制御するようにしている。 Therefore, for example, in the case of an internal combustion engine using an electronically controlled fuel injection device, the basic injection amount of fuel is determined based on the intake air amount and engine speed, and various increase corrections are made depending on the engine state at that time. , the actual air-fuel ratio is detected by detecting the oxygen concentration in the engine exhaust passage using an O 2 sensor, etc., and the fuel injection is performed by making corrections using the air-fuel ratio feedback control correction coefficient according to the detection result. By controlling the amount, the air-fuel ratio is controlled to a target value (theoretical air-fuel ratio).
また、電子制御式キヤブレータを用いた内燃機
関の場合には、機関の要求する燃料の基本供給量
は気化器(キヤブレータ)自体で決まるので、気
化器内に設けた混合比制御ソレノイドをオン・オ
フ制御することにより、増量補正分をフイードバ
ツク制御して、空燃比を目標値と一致させるよう
にしている。 In addition, in the case of an internal combustion engine that uses an electronically controlled carburetor, the basic supply amount of fuel required by the engine is determined by the carburetor itself, so the mixture ratio control solenoid installed in the carburetor can be turned on and off. By controlling the air-fuel ratio, the increase correction amount is feedback-controlled to bring the air-fuel ratio into agreement with the target value.
しかしながら、このような従来の空燃比制御装
置においては、機関(以下「エンジン」ともい
う)が充分に暖まつた状態で、しかも一般に排気
浄化システムに三元触媒を使用するため、理論空
燃比が必要な限られた運転状態でのみ、フイード
バツク制御による精度の高い空燃比制御を行なつ
ていた。 However, in such conventional air-fuel ratio control devices, when the engine (hereinafter also referred to as "engine") is sufficiently warm, and because a three-way catalyst is generally used in the exhaust purification system, the stoichiometric air-fuel ratio is Feedback control was used to perform highly accurate air-fuel ratio control only under limited operating conditions.
したがつて、コールド状態からの始動後の暖機
運転中や高負荷域の運転状態では、上述のような
空燃比のフイードバツク制御(クローズド制御)
は行なわず、機関温度や負荷状態に応じて予め記
憶した各種増量補正係数等によるオープン制御の
みを行なつていた。 Therefore, during warm-up operation after starting from a cold state or during operating conditions in a high load range, feedback control (closed control) of the air-fuel ratio as described above is required.
Instead, only open control was performed using various increase correction coefficients stored in advance according to engine temperature and load conditions.
そのため、エンジン自体の特性や燃料供給系の
個々の部品のバラツキ、あるいは経年変化等の影
響により制御精度の悪化を招き、暖機運転中や高
負荷域の運転状態において、排気特性の劣化や運
転性が悪化する恐れがあつた。 As a result, control accuracy deteriorates due to the characteristics of the engine itself, variations in the individual parts of the fuel supply system, or changes over time, resulting in deterioration of exhaust characteristics and There was a risk that my sexuality would worsen.
また、大幅な低燃費化を実現するためには、空
燃比(以下「A/F」ともいう)が理論空燃比
(A/F=14.7)より大きいリーン域で希薄燃焼
を行なうようにすることが有効であるが、その場
合、エンジンの燃焼安定限界内で運転状態に応じ
て決定した目標A/Fになるように、A/Fを精
度よくフイードバツク制御することが必要であ
る。 In addition, in order to achieve significant fuel efficiency, lean combustion must be performed in a lean range where the air-fuel ratio (hereinafter also referred to as "A/F") is greater than the stoichiometric air-fuel ratio (A/F = 14.7). is effective, but in that case, it is necessary to accurately feedback control the A/F so that the target A/F is determined according to the operating condition within the combustion stability limit of the engine.
このような問題を解決するため、例えば特開昭
60−178942号公報に記載されているように、新し
いタイプの酸素センサを用いた空燃比検出回路に
よる空燃比検出手段(以下「A/Fセンサ」とも
いう)により、実際の空燃比をリツチ域(A/F
が理論空燃比より小さい領域)からリーン域まで
広範囲に検出できるようにすると共に、機関の要
求空燃比がリツチ域及びリーン域となる運転域を
含む機関運転状態に応じた目標空燃比を決定し
て、その目標空燃比と上記A/Fセンサによつて
検出される空燃比とが一致するように、広範囲の
目標A/Fに対してフイードバツク制御するよう
にした空燃比制御装置が既に本出願人によつて開
発されている。 In order to solve such problems, for example,
As described in Publication No. 60-178942, an air-fuel ratio detection means (hereinafter also referred to as "A/F sensor") using an air-fuel ratio detection circuit using a new type of oxygen sensor detects the actual air-fuel ratio in the rich range. (A/F
It enables detection over a wide range from the lean range (where the air-fuel ratio is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio) to the lean range, and determines the target air-fuel ratio according to the engine operating state, including the operating range where the engine's required air-fuel ratio is in the rich range and lean range. The present application has already disclosed an air-fuel ratio control device that performs feedback control over a wide range of target A/Fs so that the target air-fuel ratio matches the air-fuel ratio detected by the A/F sensor. developed by humans.
このような従来の空燃比制御装置においては、
A/Fのフイードバツク制御を行なうために、目
標A/FとA/Fセンサによつて検出されたA/
Fとの差及びフイードバツク制御の定数(一般に
積分定数と比例定数)とによつて空燃比補正係数
αを算出し、それによつてエンジンの要求値に応
じて決定される燃料供給量を補正することによつ
て空燃比をフイードバツク制御するようにしてい
るが、その場合のフイードバツク制御の定数は常
に一定であつた。
In such a conventional air-fuel ratio control device,
In order to perform A/F feedback control, the target A/F and the A/F detected by the A/F sensor are
Calculate the air-fuel ratio correction coefficient α based on the difference from F and feedback control constants (generally an integral constant and a proportional constant), and thereby correct the fuel supply amount determined according to the engine request value. The air-fuel ratio is subjected to feedback control using the following formula, but the constant of the feedback control in this case is always constant.
ところで、排気浄化のために三元触媒を使用す
るシステムでは、A/Fが理論空燃比(以下「ス
トイキ」ともいう)になつていないと浄化効率が
低下してしまう特性がある。 By the way, a system that uses a three-way catalyst for purifying exhaust gas has a characteristic that the purification efficiency decreases unless the A/F reaches the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter also referred to as "stoichiometric").
したがつて、目標A/Fがストイキ以外の運転
領域からストイキの運転領域に移り変つた場合
は、出来るだけ速やかに且つオーバーシユートを
小さくフイードバツク制御する必要がある。 Therefore, when the target A/F changes from a non-stoichiometric operating range to a stoichiometric operating range, it is necessary to perform feedback control to minimize overshoot as quickly as possible.
ところが、目標A/Fがストイキであつても、
実際にはそれが真のストイキからは若干ずれてい
ることが往々にしてあり、そのような場合に実際
のA/Fを目標A/Fに安定的に一致させるよう
に制御すると、真のストイキからずれたままの状
態が継続することになり、三元触媒の浄化効率が
低下するという問題点があつた。 However, even if the target A/F is stoichiometric,
In reality, it often deviates slightly from the true stoichiometric value, and in such cases, if the actual A/F is controlled to stably match the target A/F, the true stoichiometric value can be achieved. This caused a problem in that the purification efficiency of the three-way catalyst decreased as the deviated state continued.
この考案は、このような問題点を解決するため
になされたものである。 This invention was made to solve such problems.
そのため、この考案による空燃比制御装置は、
目標空燃比が理論空燃比に設定されている場合
に、実際の空燃比と目標空燃比との偏差が予め設
定した値を越えている時にはフイードバツク制御
の定数を小さくして安定的なフイードバツク制御
を行ない、上記偏差が設定値以下の時にはフイー
ドバツク制御の定数を大きくして非安定的なフイ
ードバツク制御を行なうようにしたものであり、
その基本的構成は第1図に機能ブロツク図で示す
ようになる。
Therefore, the air-fuel ratio control device according to this invention is
When the target air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio, if the deviation between the actual air-fuel ratio and the target air-fuel ratio exceeds a preset value, the feedback control constant is reduced to perform stable feedback control. When the deviation is less than the set value, the feedback control constant is increased to perform unstable feedback control.
Its basic configuration is shown in the functional block diagram in FIG.
すなわち、内燃機関Aの吸入空気量Qa、回転
数N、冷却水温TW等の運転状態に応じて燃料供
給量決定手段Bによつて決定される燃料供給量を
空燃比補正手段Cを介して補正して、吸入空気と
混合した混合気を内燃機関Aの燃焼室へ送つて燃
焼させ、その排気ガス中の酸素濃度から空燃比検
出手段Dが上記混合気の空燃比を検出し、目標空
燃比決定手段Eが機関の運転状態(回転数N、負
荷、冷却水温TW等)に応じて決定した目標空燃
比との差及びフイードバツク制御の定数とによつ
て、空燃比補正係数算出手段Fが補正係数αを算
出し、そのαによつて空燃比補正手段Cが空燃比
を補正するようにした内燃機関の空燃比制御装置
において、
空燃比検出手段Dによつて検出した実際の空燃
比と目標空燃比決定手段Eによつて決定した目標
空燃比との偏差を演算する偏差演算手段Gと、目
標空燃比が理論空燃比に設定されている場合で、
前記偏差演算手段Gによつて演算された実際の空
燃比と理論空燃比の偏差が設定値を越えている時
のフイードバツク制御定数KS2と、前記偏差が設
定値以下の時のフイードバツク制御定数KS1と、
目標空燃比が理論空燃比よりリツチ域あるいはリ
ーン域に設定されている場合のフイードバツク制
御定数KR,KLとを、KS1>KS2>(KR,KL)
の関係を満たすように設定し、前記フイードバツ
ク制御定数KS2を用いて、実際の空燃比が理論空
燃比に安定的に等しくなるように制御する安定制
御手段Hと、前記フイードバツク制御定数KS1を
用いて、実際の空燃比が理論空燃比を中心として
振動するように制御する非安定制御手段Iとを設
けたものである。 That is, the fuel supply amount determined by the fuel supply amount determination means B is corrected via the air-fuel ratio correction means C according to the operating conditions such as the intake air amount Qa, the rotation speed N, and the cooling water temperature TW of the internal combustion engine A. Then, the air-fuel mixture mixed with the intake air is sent to the combustion chamber of the internal combustion engine A to be combusted, and the air-fuel ratio detection means D detects the air-fuel ratio of the air-fuel mixture from the oxygen concentration in the exhaust gas, and sets the target air-fuel ratio. The air-fuel ratio correction coefficient calculating means F corrects the air-fuel ratio based on the difference from the target air-fuel ratio determined by the determining means E according to the operating state of the engine (rotational speed N, load, cooling water temperature TW, etc.) and the feedback control constant. In an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine in which a coefficient α is calculated and the air-fuel ratio correcting means C corrects the air-fuel ratio using the calculated coefficient α, the actual air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means D and the target deviation calculation means G for calculating the deviation from the target air-fuel ratio determined by the air-fuel ratio determination means E, and when the target air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio,
a feedback control constant KS2 when the deviation between the actual air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio calculated by the deviation calculating means G exceeds a set value; and a feedback control constant KS1 when the deviation is below the set value. ,
The feedback control constants KR and KL when the target air-fuel ratio is set to a richer or leaner range than the stoichiometric air-fuel ratio are expressed as KS1>KS2>(KR, KL).
a stability control means H which is set so as to satisfy the relationship: and controls the actual air-fuel ratio to be stably equal to the stoichiometric air-fuel ratio using the feedback control constant KS2; , an unstable control means I for controlling the actual air-fuel ratio to oscillate around the stoichiometric air-fuel ratio.
このように構成することにより、ストイキ制御
において、実際の空燃比が目標空燃比(ストイ
キ)に向かつて安定に近づくまでは、小さい定数
(但し、リツチあるいはリーン制御時の定数より
は大きい定数)に基づく収束的なフイードバツク
制御によりオーバーシユートのない速やかな制御
特性が得られ、目標空燃比に近づいた時には、大
きい定数に基づき目標空燃比を中心とする振動的
なフイードバツク制御が行なわれるため、第2図
に示すように目標空燃比TLが真のストイキ(理
論空燃比)Tλから多少ずれていたとしても、実
際の空燃比(A/F)が真のストイキTλを横切
る機会が増加するため、安定に制御した時よりも
三元触媒による排気浄化効率が向上する。
With this configuration, during stoichiometric control, a small constant (but larger than the constant during rich or lean control) is maintained until the actual air-fuel ratio approaches the target air-fuel ratio (stoichiometric) and becomes stable. Based on convergent feedback control, rapid control characteristics without overshoot can be obtained, and when the target air-fuel ratio is approached, oscillatory feedback control centered around the target air-fuel ratio is performed based on a large constant. As shown in Figure 2, even if the target air-fuel ratio TL deviates somewhat from the true stoichiometric (stoichiometric air-fuel ratio) Tλ, there is an increased chance that the actual air-fuel ratio (A/F) will cross the true stoichiometric Tλ. The exhaust purification efficiency of the three-way catalyst is improved compared to when it is controlled stably.
以下、この考案の実施例を図面の第3図以降に
基づいて説明する。
Hereinafter, an embodiment of this invention will be described based on FIG. 3 and subsequent drawings.
第3図は、この考案による空燃比制御装置を備
えた内燃機関のシステム構成図である。 FIG. 3 is a system configuration diagram of an internal combustion engine equipped with an air-fuel ratio control device according to the present invention.
このシステムにおいて、1はエンジン本体であ
り、吸入空気はエアクリーナ2から吸気管3を通
して各気筒の燃焼室1aに吸入されるが、その際
後述するコントロールユニツト10からの噴射信
号Siに基づいてインジエクタ4から噴射される燃
料と混合して混合気となる。 In this system, 1 is an engine body, and intake air is taken from an air cleaner 2 through an intake pipe 3 into a combustion chamber 1a of each cylinder. It mixes with the fuel injected from the air to form an air-fuel mixture.
そして、コントロールユニツト10からの点火
信号IAによつて、各気筒毎に設けられた点火プ
ラグ5が各点火時期に順次作動して吸入した混合
気を燃焼させ、ピストン6を駆動する。実際には
点火コイルを含む点火回路を必要とするが、図示
を省略している。 Then, in response to the ignition signal IA from the control unit 10, the ignition plugs 5 provided for each cylinder are sequentially activated at each ignition timing to combust the intake air-fuel mixture and drive the piston 6. Although an ignition circuit including an ignition coil is actually required, illustration thereof is omitted.
燃焼後の排気は、排気管7を通して触媒コンバ
ータ8に導入され、そこで排気中の有害成分であ
る(HC,CO,NOx)が三元触媒により清浄化
されて排出される。 The exhaust gas after combustion is introduced into the catalytic converter 8 through the exhaust pipe 7, where the harmful components (HC, CO, NOx) in the exhaust gas are purified by a three-way catalyst and discharged.
吸入空気流量は吸気管3内の絞り弁(スロツト
ルバルバルブ)9によつて制御され、その吸入空
気流量Qaがエアフローメータ11によつて検出
される。また、絞り弁9の開度Cvが絞り弁開度
センサ12により、吸気管3の絞り弁9より内側
の圧力(吸入負圧)が圧力センサ13によつてそ
れぞれ検出される。 The intake air flow rate is controlled by a throttle valve 9 in the intake pipe 3, and the intake air flow rate Qa is detected by an air flow meter 11. Further, the opening degree Cv of the throttle valve 9 is detected by the throttle valve opening degree sensor 12, and the pressure (intake negative pressure) inside the throttle valve 9 of the intake pipe 3 is detected by the pressure sensor 13.
さらに、エンジンの回転数Nがクランク角セン
サ14からのパルス信号により検出され、ウオー
タジヤケツト1b内を流れる冷却水の温度Twが
水温センサ15により、排気中の酸素濃度が酸素
センサ16によつてそれぞれ検出される。なお、
酸素センサ16及びそれによるA/F検出回路の
具体例は後述する。 Further, the engine speed N is detected by a pulse signal from the crank angle sensor 14, the temperature Tw of the cooling water flowing in the water jacket 1b is detected by the water temperature sensor 15, and the oxygen concentration in the exhaust gas is detected by the oxygen sensor 16. Each is detected. In addition,
Specific examples of the oxygen sensor 16 and its A/F detection circuit will be described later.
吸気管3のインジエクタ4付近にスワールバル
ブ17が設けられており、コントロールユニツト
10からの信号によつて制御されるソレノイド弁
19を介して導入される負圧によつて作動される
駆動弁18により開閉駆動される。 A swirl valve 17 is provided near the injector 4 of the intake pipe 3, and is operated by a drive valve 18 operated by negative pressure introduced via a solenoid valve 19 controlled by a signal from the control unit 10. Driven to open and close.
このスワールバルブ17は、例えば特開昭58−
195048号公報にも見られるように、閉じることに
よつて吸気通路を狭めてヘリカルポートを通過さ
せるようにし、燃焼室1a内にスワール(渦流)
を生じさせて燃焼を早める役目をなすもので、リ
ーン域での失火限界を伸ばし、稀薄空燃比で安定
した燃焼を得るのに有効である。 This swirl valve 17 is, for example,
As seen in Publication No. 195048, by closing the intake passage, the intake passage is narrowed to allow the intake passage to pass through the helical port, creating a swirl within the combustion chamber 1a.
It plays the role of accelerating combustion by causing the combustion to occur, and is effective in extending the misfire limit in the lean range and achieving stable combustion at lean air-fuel ratios.
なお、IVは吸気弁、EVは排気弁で、それぞれ
エンジン本体1の各気筒の燃焼室1aに対して設
けられている。 Note that IV is an intake valve and EV is an exhaust valve, which are respectively provided for the combustion chamber 1a of each cylinder of the engine body 1.
コントロールユニツト10は、この考案による
空燃比制御のほかに、点火時間の制御及びスワー
ルコントロールバルブの制御も行なうものであ
り、前述のエアフローメータ11及び各センサ1
2〜16からの信号を入力して、それらの入力情
報に基づいて、燃料噴射量及び点火時機時期を算
出して噴射信号Si及び点火信号IAを出力し、ま
たソレノイド弁19の制御信号を出力してスワー
ルバルブ17を開閉制御し、その結果、エンジン
の運転状態に応じた最適な燃焼を行なわせるもの
である。 In addition to controlling the air-fuel ratio according to this invention, the control unit 10 also controls the ignition time and the swirl control valve, and also controls the air flow meter 11 and each sensor 1 described above.
Inputs the signals from 2 to 16, calculates the fuel injection amount and ignition timing based on the input information, outputs the injection signal Si and ignition signal IA, and outputs the control signal for the solenoid valve 19. The swirl valve 17 is controlled to open and close, resulting in optimal combustion depending on the operating condition of the engine.
このコントロールユニツト10は、CPU,
ROM,RAM及び入出力インタフエース(A/
D変換回路、D/A変換回路を含む)等からなる
マイクロコンピユータと、出力用のドライバ回
路、後述する空燃比検出回路等によつて構成され
ている。 This control unit 10 includes a CPU,
ROM, RAM and input/output interface (A/
The microcomputer includes a D conversion circuit, a D/A conversion circuit, etc., an output driver circuit, an air-fuel ratio detection circuit, which will be described later, and the like.
次に、第3図における酸素センサ16及びそれ
によつて広範囲なA/Fを検出する空燃比検出回
路の具体例について説明する。 Next, a specific example of the oxygen sensor 16 shown in FIG. 3 and the air-fuel ratio detection circuit that detects a wide range of A/F using the oxygen sensor 16 will be described.
先ず、この実施例に使用する酸素センサ16の
構成を第4図によつて説明すると、加熱用ヒータ
21を設けた基板20上にチヤンネル状の大気導
入部23を形成した大気導入板22を積層し、そ
の上に酸素イオン伝導性の板状固体電解質24を
積層しており、この固体電解質24の下面には基
準電極25が、それに対応する上面にはポンプ電
極26とセンサ電極27がそれぞれ印刷により設
けられている。 First, the configuration of the oxygen sensor 16 used in this embodiment will be explained with reference to FIG. 4. An air introduction plate 22 having a channel-shaped air introduction portion 23 formed thereon is laminated on a substrate 20 on which a heater 21 is provided. A plate-shaped solid electrolyte 24 that conducts oxygen ions is laminated thereon, and a reference electrode 25 is printed on the bottom surface of this solid electrolyte 24, and a pump electrode 26 and a sensor electrode 27 are printed on the corresponding top surface. It is established by
さらにこの固体電解質24の上に、被測定ガス
(排気)を導入するガス導入部29を窓状に形成
した板状体28を積層し、その上にガスの拡散を
規制する小孔31を設けた板状体30を積層して
構成されている。 Further, on top of this solid electrolyte 24, a plate-like body 28 having a window-shaped gas introduction part 29 for introducing the gas to be measured (exhaust gas) is laminated, and a small hole 31 is provided on the plate-like body 28 to regulate the diffusion of the gas. It is constructed by stacking plate-like bodies 30.
また、基板20、大気導入板22、および板状
体28,30は、アルミナ、ムライト等の耐熱性
絶縁材料、あるいは耐熱性合金等によつて形成さ
れる。固体電解質24としては、酸素イオン伝導
体であるZrO2,HrO2,ThO2,Bi2O3等の酸化物
にCa2O,MgO,Y2O3,YB2O3等を固溶させた
焼結体が用いられる。 Further, the substrate 20, the air introduction plate 22, and the plate-shaped bodies 28 and 30 are formed of a heat-resistant insulating material such as alumina or mullite, or a heat-resistant alloy. The solid electrolyte 24 is made by dissolving Ca 2 O, MgO, Y 2 O 3 , YB 2 O 3 , etc. in oxides such as ZrO 2 , HrO 2 , ThO 2 , Bi 2 O 3 , etc., which are oxygen ion conductors. A sintered body is used.
各電極25〜27は白金又は金を主成分とす
る。そして、ポンプ電極26と基準電極25が、
固体電解質24に酸素イオンの移動を生じさせて
上下両面間の酸素分圧比を一定に保つ電流を流す
ための電極を構成し、センサ電極27と基準電極
25が、固体電解質24の両面間の酸素分圧比に
よつて発生する電圧を検出するための電極を構成
している。 Each electrode 25 to 27 has platinum or gold as a main component. Then, the pump electrode 26 and the reference electrode 25 are
The sensor electrode 27 and the reference electrode 25 constitute an electrode for causing the movement of oxygen ions in the solid electrolyte 24 and passing a current to keep the oxygen partial pressure ratio between the upper and lower surfaces constant. It constitutes an electrode for detecting the voltage generated by the voltage division ratio.
この酸素センサ16を用いて燃焼室に供給され
る混合気の空燃比を検出する空燃比検出回路40
は、第5図に示すように、目標電圧Va(負電圧)
を発生する電圧源41、差動アンプ42、ポンプ
電流供給部43、抵抗44及びその両端電圧から
ポンプ電流Ipを検出する電流検出部45によつて
構成されている。 An air-fuel ratio detection circuit 40 that uses this oxygen sensor 16 to detect the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber.
is the target voltage Va (negative voltage), as shown in Figure 5.
It is composed of a voltage source 41 that generates a voltage, a differential amplifier 42, a pump current supply section 43, a resistor 44, and a current detection section 45 that detects a pump current Ip from the voltage across the resistor 44.
そして、差動アンプ42は、前述した酸素セン
サ16の基準電極25に対するセンサ電極27の
電位Vs(負電圧)を目標電圧Vaと比較して、そ
の差ΔVs=Vs−Vaを算出する。 Then, the differential amplifier 42 compares the potential Vs (negative voltage) of the sensor electrode 27 with respect to the reference electrode 25 of the oxygen sensor 16 described above with the target voltage Va, and calculates the difference ΔVs=Vs−Va.
ポンプ電流供給部43は、この差動アンプ42
の出力ΔVsがゼロになるように、酸素センサ1
6のポンプ電極26からポンプ電流Ipを流し出す
(あるいは流し込む)。すなわち、ΔVsが正の時
はIpを増やし、ΔVsが負の時はIpを減らす。 The pump current supply section 43 is connected to this differential amplifier 42.
oxygen sensor 1 so that the output ΔVs of
The pump current Ip flows out (or flows in) from the pump electrode 26 of No. 6. That is, when ΔVs is positive, Ip is increased, and when ΔVs is negative, Ip is decreased.
ポンプ電流検出部45は、抵抗44の両端間の
電位差によりポンプ電流Ipを電圧Vi(Vi∝Ip)に
変換して検出する。なお、ポンプ電流Ipは第5図
に実線矢印で示す方向を正とし、その時検出電圧
Viも正になり、破線矢印で示す逆方向の時は負
になる。 The pump current detection unit 45 converts the pump current Ip into a voltage Vi (Vi∝Ip) based on the potential difference between both ends of the resistor 44 and detects the voltage Vi (Vi∝Ip). Note that the pump current Ip is positive in the direction shown by the solid arrow in Figure 5, and at that time the detected voltage
Vi also becomes positive, and becomes negative in the opposite direction shown by the dashed arrow.
目標電圧Vaを、酸素センサ16のガス導入部
29内の酸素濃度が所定値に維持されていると
き、すなわち固体電解質24の両面間の酸素分圧
比が所定値となるときの基準電極25とセンサ電
極27の間に発生される電圧Vsに相当する値に
設定しておくと、この空燃比検出回路40によつ
て検出されるポンプ電流Ipは、第6図に示すよう
にA/Fと一義的に対応する。 The target voltage Va is set between the reference electrode 25 and the sensor when the oxygen concentration in the gas introduction part 29 of the oxygen sensor 16 is maintained at a predetermined value, that is, when the oxygen partial pressure ratio between both surfaces of the solid electrolyte 24 is a predetermined value. When set to a value corresponding to the voltage Vs generated between the electrodes 27, the pump current Ip detected by the air-fuel ratio detection circuit 40 is uniquely equal to A/F as shown in FIG. Respond accordingly.
したがつて、この回路によつて現空燃比をリツ
チ域からリーン域まで広範囲に亘つて精度よく検
出することができる。 Therefore, this circuit can accurately detect the current air-fuel ratio over a wide range from the rich range to the lean range.
なお、この考案に使用する空燃比検出手段はこ
れに限るものではなく、A/Fをリツチ域からリ
ーン域まで広範囲に亘つて精度よく検出できるも
のであればよく、そのような種々のものが既に知
られている。 Note that the air-fuel ratio detection means used in this invention is not limited to this, and any means that can accurately detect the A/F over a wide range from rich to lean ranges may be used. Already known.
この考案による空燃比制御装置の機能は殆ど第
3図のコントロールユニツト10によつてなさ
れ、特に第1図のB,C及びE〜Iの各手段の機
能は内蔵のマイクロコンピユータによつてなされ
る。 Most of the functions of the air-fuel ratio control system according to this invention are performed by the control unit 10 shown in FIG. 3, and in particular, the functions of the means B, C, and E to I in FIG. 1 are performed by the built-in microcomputer. .
一般に、エンジンを運転するのに最適な空燃比
は、エンジン本体の仕様とともにエンジンの暖機
状態、負荷状態を含め運転状態により異る。 In general, the optimum air-fuel ratio for operating an engine varies depending on the specifications of the engine itself, as well as the engine warm-up condition and operating conditions, including the load condition.
定常状態でのエンジンの要求空燃比の一例を第
7図,第8図に示す。 An example of the required air-fuel ratio of the engine in a steady state is shown in FIGS. 7 and 8.
第7図で領域イは一般市街地走行を含めた使用
頻度の高い領域で、排気浄化システムで三元触媒
を使つている場合には、A/Fが約14.7の理論空
燃比付近を使い、酸化触媒を使つている場合はそ
れよりも一般的に薄い空燃比がよい。 In Figure 7, area A is a frequently used area, including general city driving, and when a three-way catalyst is used in the exhaust purification system, the A/F should be around the stoichiometric air-fuel ratio of approximately 14.7, and the oxidation If a catalyst is used, a leaner air/fuel ratio is generally better.
領域口は拘束高負荷領域で、領域イと同じ空燃
比で運転してもよいが燃費向上の面から理論空燃
比より薄い(リーン域;A/F20〜23)で運転す
るのが望ましい。 The region inlet is a constrained high load region, and may be operated at the same air-fuel ratio as in region A, but from the perspective of improving fuel efficiency, it is desirable to operate at a leaner range than the stoichiometric air-fuel ratio (lean region; A/F 20 to 23).
領域ハは高負荷全開域で、高出力を得るためと
排気温上昇によるエンジン破壊等を防止する冷却
効果を得るため、濃い空燃比(リツチ域;A/
F10〜13)で運転するのが望ましい。 Region C is a high-load, fully-open region where a rich air-fuel ratio (A/
It is preferable to drive at F10-13).
第8図は、第7図に1点鎖線で示すA−Bライ
ンの負荷と要求空燃比との関係を表わしたもので
ある。この図から判るように定常状態であつても
エンジンの要求空燃比は一定ではない。 FIG. 8 shows the relationship between the load and the required air-fuel ratio on the A-B line shown by the dashed line in FIG. 7. As can be seen from this figure, the required air-fuel ratio of the engine is not constant even in a steady state.
第9図は、エンジンの暖機状態による定常無負
荷時の要求空燃比の例である。この図ではエンジ
ンの暖機状態のパラメータとしてエンジン冷却水
温をとつており、それとエンジン回転速度による
要求空燃比を示している。 FIG. 9 is an example of the required air-fuel ratio during steady no-load conditions when the engine is warmed up. In this figure, the engine cooling water temperature is taken as a parameter for the warm-up state of the engine, and the required air-fuel ratio is shown depending on that temperature and the engine rotation speed.
この図から明らかなように、エンジン冷却水温
が低い程、またエンジン回転速度が低い程濃い空
燃比が要求される。 As is clear from this figure, the lower the engine cooling water temperature and the lower the engine speed, the richer the air-fuel ratio is required.
このように、エンジンの要求空燃比は、エンジ
ン回転速度(回転数N)負荷状態(吸入空気流量
Qa又は吸入負圧Pvによつて検出できる)と、暖
機状態を示す冷却水温Twとによつて異なるの
で、目標空燃比(TLとする)もこれらの入力情
報に基づいて算出して決定する。 In this way, the required air-fuel ratio of the engine is determined by the engine speed (rotational speed N), load condition (intake air flow rate
(can be detected by Qa or suction negative pressure Pv) and cooling water temperature Tw, which indicates the warm-up state, so the target air-fuel ratio (TL) is also calculated and determined based on these input information. .
次に、燃料供給量の決定及び空燃比補正機能に
ついて説明する。 Next, the determination of the fuel supply amount and the air-fuel ratio correction function will be explained.
燃料供給量は、第3図のインジエクタ4を駆動
する噴射信号Siのパルス幅によつて決まるので、
このパルス幅Tiを次式によつて算出して求める。 Since the amount of fuel supplied is determined by the pulse width of the injection signal Si that drives the injector 4 shown in Fig. 3,
This pulse width Ti is calculated using the following formula.
Ti=QA×KMR×COFF×α+Ts
QAは1気筒当りの吸入空気量で、定常運転状
態では第3図のエアフローメータ11からの検出
信号Qaとエンジン回転数Nにより算出されるが、
吸気温による補正等が加えられる。また、過渡時
においては、絞り弁開度センサ12の出力Cvや
圧力センサ10の出力Pvによつて補正される。 Ti = QA × KMR × COFF × α + Ts Q A is the amount of intake air per cylinder, which is calculated from the detection signal Qa from the air flow meter 11 in Fig. 3 and the engine rotation speed N in steady operating conditions.
Corrections based on intake temperature, etc. are added. Further, during a transient period, it is corrected by the output Cv of the throttle valve opening sensor 12 and the output Pv of the pressure sensor 10.
KMRはエンジンの要求空燃比の逆数に相当す
る係数で目標空燃比TLと同様に、エンジン回転
数Nと負荷状態、及び冷却水温Twとによつて算
出される。 KMR is a coefficient corresponding to the reciprocal of the engine's required air-fuel ratio, and like the target air-fuel ratio TL, is calculated based on the engine speed N, the load state, and the cooling water temperature Tw.
COEFは過渡時の燃料補正係数であり、燃料の
気化や壁流割合等によつて定められるものである
が、具体的には加減速度の大小や暖機状態(冷却
水温Tw)および運転状態や始動直後か否か等に
よつて算出される。 COEF is a fuel correction coefficient during transient times, and is determined by fuel vaporization, wall flow rate, etc., but specifically, COEF is determined by the magnitude of acceleration/deceleration, warm-up condition (cooling water temperature Tw), operating condition, etc. It is calculated depending on whether it is immediately after starting or not.
ここで加速時の増量補正係数をKACCとし、減
速時の減量補正係数をKDECとすると、次のよう
になる。 Here, if the increase correction coefficient during acceleration is KACC and the reduction correction coefficient during deceleration is KDEC, then the following is obtained.
COEF=(1+KACC−KDEC)
このKACC及びKDECは、例えば、特開昭58−
144642号公報にも記載されているが、例えば第1
0図A,B,Cに示すようなアイドルスイツチ
(アクセルを離している時にオンで踏み込んだ時
にオフになるスイツチ)のオン・オフ、絞り弁開
度Cvの変化速度、及び吸気管圧力Pvの変化速度
によつて、同図Dに太線で示すように設定され
る。 COEF=(1+KACC−KDEC) This KACC and KDEC are, for example,
Although it is also described in Publication No. 144642, for example, No. 1
As shown in Figures A, B, and C, the on/off of the idle switch (the switch that is on when the accelerator is released and turns off when the pedal is pressed), the rate of change of the throttle valve opening Cv, and the intake pipe pressure Pv Depending on the rate of change, it is set as shown by the thick line in D in the figure.
αは前述した酸素センサ16とA/F検出回路
40によつて検出される実際のA/F(センサ出
力Ip)が目標空燃比TLとなるようにフイードバ
ツク制御する時の補正係数であり、次式によつて
算出される。 α is a correction coefficient when performing feedback control so that the actual A/F (sensor output Ip) detected by the oxygen sensor 16 and A/F detection circuit 40 becomes the target air-fuel ratio TL; Calculated by the formula.
α=α′±Kp×Dip
α′=α′(前回)±Ki×Dip
(+;リーンずれしている場合、−;リツチず
れしている場合)
Dip=|Ip−TL|
Kp:比例分補正定数
Ki:積分分補正定数
この実施例においては、この定数Kp(p分),
Ki(i分)を第11図イに示すように目標空燃比
TLがリーンかストイキがリツチかによつて異な
る値に設定すると共に、TLに対してリーン側に
ずれている(リーンズれ)かリツチ側にずれてい
るか(リツチずれ)かによつても異なる値に設定
する。 α=α′±Kp×Dip α′=α′(previous)±Ki×Dip (+; if lean is off, -: rich is off) Dip=|Ip-TL|Kp: Proportional portion Correction constant Ki: Integral correction constant In this example, this constant Kp (p minute),
Ki (i minute) is set to the target air-fuel ratio as shown in Figure 11A.
Set different values depending on whether the TL is lean or rich, and also differ depending on whether the TL deviates to the lean side (lean deviation) or rich side (rich deviation). Set to .
第11図イ中Kp,Kiの次の3字目のLはリー
ンずれをRはリツチずれを示し、4字目のL,
S,Rはリーン、ストイキ、リツチを示してい
る。 The third character L next to Kp and Ki in Figure 11A indicates lean deviation, R indicates rich deviation, and the fourth character L,
S and R indicate lean, stoichiometric, and rich.
ここで、これらの各定数の大小関係を示すと次
のようになる。 The magnitude relationship between these constants is as follows:
(ア) KpLS>KpLL,KpLS>KpLS
(イ) KiLS>KiLL,KiLS>KiLR
(ウ) KpRS>KpRL,KpRS>KpRR
(エ) KiRS>KiRL,KiRS>KiRR
(オ) KpLS≧KpRS,KiLS≧KiRS
但し、上記(ア)及び(イ)の何れか一方、若
しくは(ウ)及び(エ)の何れか一方には等号を
付けても構わない。(a) KpLS>KpLL, KpLS>KpLS (b) KiLS>KiLL, KiLS>KiLR (c) KpRS>KpRL, KpRS>KpRR (d) KiRS>KiRL, KiRS>KiRR (e) KpLS≧KpRS, KiLS≧KiRS However, an equal sign may be added to either one of (a) and (b) above, or one of (c) and (d) above.
すなわち、TLが理論空燃比の時にはTLがリツ
チ域及びリーン域にある時よりKp,Kiを大きく
している。 That is, when TL is at the stoichiometric air-fuel ratio, Kp and Ki are made larger than when TL is in the rich or lean range.
なお、ストイキ時の定数は、空燃比で例えば
0.3程度の振幅の振動が得られるように設定する
ば良く、定数を大きくする程振幅が大きくなる傾
向にある。 In addition, the constant at stoichiometry is the air-fuel ratio, for example,
It is sufficient to set it so that vibrations with an amplitude of about 0.3 can be obtained, and the larger the constant, the larger the amplitude tends to be.
但し、定数をあまり大きくし過ぎると、かえつ
て三元触媒による浄化作用が損われるばかりか、
トルク変動も発生してくる。 However, if the constant is made too large, not only will the purification effect of the three-way catalyst be impaired, but
Torque fluctuations also occur.
また、第11図イ中のTLがストイキ時の
KpLS,KiLS,KpRS,KiRSは、第11図ロに
示すように夫々非安定制御定数(5字目が1)と
安定制御定数(5字目が2)とに分れる。 Also, when TL in Figure 11 A is at stoichiometric
KpLS, KiLS, KpRS, and KiRS are each divided into an unstable control constant (the fifth character is 1) and a stable control constant (the fifth character is 2), as shown in FIG. 11B.
そして、第11図ロの各定数の大小関係を示す
と次のようになる。 The relationship in magnitude between the constants in FIG. 11B is as follows.
(カ) KpLS1≧KpLS2,KiLS1≧KiLS2
(キ) KpRS1≧KpRS2,KiRS1≧KiRS2
(ク) (KpLS1+KiLS1+KpRS1+KiRS1)>
(KpLS2+KiLS2+KpRS2+KiRS2)
すなわち、目標空燃比TLがストイキの時にお
いては、実際のA/FとTLとの偏差DIPが予じ
め設定した値を越えている時の定数より、越えて
いない時の定数の方を大きくしている。(F) KpLS1≧KpLS2, KiLS1≧KiLS2 (K) KpRS1≧KpRS2, KiRS1≧KiRS2 (K) (KpLS1+KiLS1+KpRS1+KiRS1)>
(KpLS2 + KiLS2 + KpRS2 + KiRS2) In other words, when the target air-fuel ratio TL is stoichiometric, the constant when the deviation DIP between the actual A/F and TL exceeds the preset value is greater than the constant when the deviation DIP between the actual A/F and TL does not exceed the preset value. It's bigger.
なお、前記Tiを求める式におけるTsは無効パ
ルス幅である。 Note that Ts in the formula for determining Ti is the invalid pulse width.
次に、第3図のコントロールユニツト10にお
けるA/F制御動作を、第12図及び第13図に
示すフローチヤートによつて説明する。 Next, the A/F control operation in the control unit 10 of FIG. 3 will be explained with reference to the flowcharts shown in FIGS. 12 and 13.
第12図のA/Fフイードバツク制御のルーチ
ンがスタートすると、まずステツプ1でフイード
バツク制御系が故障していないかどうか、すなわ
ちA/Fのフイードバツク制御が正常になされて
いるか否かを判断する。 When the A/F feedback control routine shown in FIG. 12 starts, first in step 1 it is determined whether the feedback control system is malfunctioning, that is, whether the A/F feedback control is being performed normally.
故障している場合には他のルーチンで、例えば
酸素センサのヒータが断線していると、それをチ
エツクするルーチンで故障フラグFABNを立て
る(“1”にする)。 If there is a failure, another routine sets the failure flag FABN (sets it to "1") in a routine that checks if the heater of the oxygen sensor is disconnected, for example.
したがつて、ステツプ1でFABN=1であれ
ば、フイードバツク制御系が故障していると判断
して、以下のフイードバツク制御に関する処理は
行なわずにステツプ18へ進んで、λコントロール
用の空燃比補正係数α(この例では後述する積分
分の定数による補正係数α′も)を100%にクラン
プ(固定)し、ステツプ20でクローズ・オープン
フラグFCOを“0”にしてメインルーチンヘリ
ターンする。すなわち、オープン制御に切り換え
ることになる。 Therefore, if FABN=1 in step 1, it is determined that the feedback control system is malfunctioning, and the process proceeds to step 18 without performing the following processing related to feedback control, and performs air-fuel ratio correction for λ control. The coefficient α (in this example, also the correction coefficient α' based on the integral constant described later) is clamped (fixed) at 100%, and in step 20, the close/open flag FCO is set to "0" and the process returns to the main routine. In other words, the control is switched to open control.
このフラグFCOは、フイードバツク制御して
いるかオープン制御しているかを示すフラグで、
“1”がフイードバツク制御状態、“0”がオープ
ン制御状態を示す。 This flag FCO is a flag indicating whether feedback control or open control is being performed.
"1" indicates a feedback control state, and "0" indicates an open control state.
ステツプ1でFABN=1でなければ、フイー
ドバツク制御系が正常であると判断してステツプ
2へ進む。ここではA/Fの目標値TLを算出す
る。これは、前述したようにエンジンの運転状態
(回転数、負荷、冷却水温)に応じて算出される。 If FABN=1 in step 1, it is determined that the feedback control system is normal and the process proceeds to step 2. Here, the A/F target value TL is calculated. As described above, this is calculated according to the operating state of the engine (rotational speed, load, cooling water temperature).
次に、ステツプ3で前述した空燃比検出回路の
出力Ipを読込む。そして、ステツプ4でTLデイ
レイを行なう。 Next, in step 3, the output Ip of the air-fuel ratio detection circuit described above is read. Then, in step 4, TL delay is performed.
これは、空燃比を排気側で検出しているので、
燃料を噴射してから燃焼して排気が出てくるまで
の時間だけ時間的に検出が遅れるので、その時点
で算出された目標値TLによる制御結果は上述し
た時間後に表われることになるので、その時間だ
け目標値を遅らせるためである。 This is because the air-fuel ratio is detected on the exhaust side.
Since the detection is delayed by the time from when the fuel is injected until it burns and the exhaust comes out, the control result based on the target value TL calculated at that point will appear after the above-mentioned time. This is to delay the target value by that amount of time.
次に、ステツプ5でIp通電オフかどうかを判断
する。これは、例えば始動直後に酸素センサのヒ
ータが充分に暖まつていないときには、空燃比検
出回路によるIpは流さないので、その時は実際の
空燃比を検出できないから、通電していないとき
にはやはりステツプ18へ進んで、α,α′を100%
にクランプする。 Next, in step 5, it is determined whether the IP power is turned off. This is because, for example, if the heater of the oxygen sensor is not sufficiently warmed up immediately after startup, the air-fuel ratio detection circuit does not supply Ip, so the actual air-fuel ratio cannot be detected at that time. Go to and set α, α′ to 100%
Clamp on.
Ipが流れていれば、次にステツプ6でエンジン
冷却水温が−30℃以下否かを判断する。そして、
−30℃以下の場合すなわち非常に寒い時には、燃
料の燃焼があまり良くないので誤差が大きくなる
ため、やはりステツプ18へ進んでα,α′を100%
にクランプしてオープン制御に切換える。 If Ip is flowing, then in step 6 it is determined whether the engine coolant temperature is -30°C or lower. and,
If the temperature is below -30℃, that is, if it is very cold, the fuel combustion will not be very good and the error will be large, so proceed to step 18 and set α and α′ to 100%.
Clamp to open control.
ステツプ6で−30℃以下でなければ、次にステ
ツプ7,8で、燃料噴射量の加速増量補正係数
KACCが所定値Aより大きいか、あるいは減速減
量補正係数KDECが所定値Bより大きいかを判断
し、いずれかがA又はBより大きい時、あるいは
このA,Bは「0」でもよいので、KACC又は
KDECがある時にはα,α′をクランプする。 If it is not below -30℃ in Step 6, then in Steps 7 and 8, the acceleration increase correction coefficient for the fuel injection amount is determined.
It is determined whether KACC is larger than a predetermined value A or whether the deceleration reduction correction coefficient KDEC is larger than a predetermined value B, and if either is larger than A or B, or A and B may be "0", KACC or
When KDEC is present, α and α′ are clamped.
さらに、ステツプ9でフユーエルカツト状態か
否かを判断して、フユーエルカツト状態の時にも
同様にα,α′をクランプする。 Further, in step 9, it is determined whether or not the fuel is in the fuel cut state, and α and α' are similarly clamped even when the fuel is in the fuel cut state.
但し、これら場合のクランプは、α,α′を必ず
しも100%にクランプするということではなく、
その時にA/Fのフイードバツク制御が定常状態
になつていたかどうかによつてクランプの仕方が
異なる。 However, clamping in these cases does not necessarily mean clamping α and α′ to 100%;
The method of clamping differs depending on whether the A/F feedback control was in a steady state at that time.
すなわち、ステツプ7,8,9のいずれかで
YESならばステツプ19へ進んで、ステデイステ
イトのカウンタCSTDのカウント値が定常状態に
なるのに必要な設定値Xより大きいか否かを判断
する。大きければ定常状態に収束しているので、
何もせずにステツプ20でクローズ・オープンフラ
グFOCを0にしてメインルーチンヘリターンし、
オープン制御を行なうことになる。 That is, in any of steps 7, 8, or 9
If YES, the process proceeds to step 19, where it is determined whether the count value of the steady state counter CSTD is larger than the set value X required to reach the steady state. If it is large, it has converged to a steady state, so
Without doing anything, set the close/open flag FOC to 0 in step 20 and return to the main routine.
Open control will be performed.
ここで、何もしないということは、前回演算さ
れたα,α′がそのままクランプされるということ
で、例えばα=110%で収束していた場合には、
その110%をそのまま保持する。 Here, doing nothing means that the previously calculated α and α′ are clamped as they are. For example, if they had converged at α = 110%,
Keep 110% of that.
カウンタCSTDのカウント値が設定値Xに達し
ていない場合は、フイードバツク制御が定常状態
に収束していなかつたので、ステツプ18へ進んで
α,α′を100%にクランプしてオープン制御を行
なうことになる。 If the count value of the counter CSTD has not reached the set value become.
一方、ステツプ7,8,9でいずれもNOであ
れば、フイードバツク制御を行なうことになる
が、まずステツプ10でクローズ・オープンフラグ
FCOをチエツクし、FCO=1であれば前回もフ
イードバツク制御状態であつたので、ステツプ
11,12を飛ばしてステツプ13へ進む。 On the other hand, if all of steps 7, 8, and 9 are NO, feedback control is performed, but first, in step 10, the close/open flag is
Check the FCO, and if FCO = 1, it was in the feedback control state last time, so step
Skip steps 11 and 12 and proceed to step 13.
FCO=0の場合は、前回がオープン制御状態
であり、これから新たにフイードバツク制御を行
なうことになるので、ステツプ11で前述のカウン
タCSTDをクリアして初期状態にし、ステツプ12
でフラグFCOを“1”(フイードバツク制御状態
を示す)にした後ステツプ13へ進む。 If FCO = 0, the previous control was in an open control state, and new feedback control will be performed from now on. Therefore, in step 11, the above-mentioned counter CSTD is cleared to the initial state, and in step 12
After setting the flag FCO to "1" (indicating the feedback control state), the process proceeds to step 13.
ステツプ13ではカウンタCSTDのカウント値が
設定値Xより大きいかどうかをチエツクし、大き
ければステツプ14を飛ばしてステツプ15へ進み、
大きくなければステツプ14でカウンタCSTDをイ
ンクリメントする。 In step 13, it is checked whether the count value of counter CSTD is greater than the set value X, and if it is, skip step 14 and proceed to step 15.
If not, the counter CSTD is incremented in step 14.
そして、ステツプ15ではIpの異常判断を行な
う。すなわち、空燃比検出回路のIpに相当する出
力電圧Viが0Vまたは5V(電源電圧)になつてい
たりしないかどうかを見る。 Then, in step 15, it is determined whether Ip is abnormal. That is, it is checked whether the output voltage Vi corresponding to Ip of the air-fuel ratio detection circuit is 0V or 5V (power supply voltage).
次に、ステツプ16ではVsの異常判断を行なう。
このVsは酸素センサ16のセンサ電極からの出
力電圧であり、この電圧が所定の値、例えば
0.4V一定になつているかどうかを判断する。 Next, in step 16, it is determined whether Vs is abnormal.
This Vs is the output voltage from the sensor electrode of the oxygen sensor 16, and this voltage is set to a predetermined value, e.g.
Determine whether the voltage is constant at 0.4V.
そして、ステツプ17ではKαTWを算出する。
このKαTWは、エンジン冷却水温によつて空燃
比補正係数αの積分分とか比例分の定数を変える
ことが必要なので、この水温補正係数を算出す
る。 Then, in step 17, KαTW is calculated.
This water temperature correction coefficient is calculated for KαTW because it is necessary to change the integral or proportional constant of the air-fuel ratio correction coefficient α depending on the engine cooling water temperature.
すなわち、水温が低い時には変化がゆつくりな
ので、あまりフイードバツクのスペードを速くす
るとハンチングを起しりするからである。 That is, when the water temperature is low, the change is slow, so if the feedback spade is made too fast, hunting will occur.
その後、第13図のフローへ進む。 After that, the process advances to the flow shown in FIG.
ここではまず、ステツプ21でDiP=Ip−TLを
演算(この考案における偏差演算手段に相当す
る)し、次にステツプ22,23で、ステツプ2で算
出したA/Fの目標値TLを2つのスライスレベ
ル(基準値)と比べて各種の定数セツトに振り分
ける。 Here, first, in step 21, DiP = Ip - TL is calculated (corresponding to the deviation calculation means in this invention), and then in steps 22 and 23, the A/F target value TL calculated in step 2 is calculated by two values. Sort into various constant sets by comparing with slice level (reference value).
TLLはリーン制御時のA/F目標値の基準値
であり、ステツプ22で目標値TLがTLLよりも大
きければリーン制御であるのでステツプ27へ進
み、大きくなければリツチ制御からストイキ(理
論空燃比)制御なので、ステツプ23へ進む。 TLL is the reference value for the A/F target value during lean control. If the target value TL is greater than TLL in step 22, it is lean control, so the process goes to step 27. If not, rich control is changed to stoichiometric (stoichiometric air-fuel ratio). ) control, so proceed to step 23.
TLRはリツチ制御時のA/F目標値の基準値
であり、ステツプ23で目標値TLがTLRより小さ
ければリツチ制御なのでステツプ28へ進み、小さ
くなければストイキ制御なのでステツプ24へ進
む。 TLR is a reference value for the A/F target value during rich control. If the target value TL is smaller than TLR in step 23, it is rich control and the process goes to step 28; if not, it is stoichiometric control and the process goes to step 24.
ステツプ24,25では、ステツプ21にて演算した
偏差DiPが
−DiPL≦DiP≦DiPH
(−DiPL:負側の設定値、DiPH:正側の設
定値)であるか否かを判別する。 In steps 24 and 25, it is determined whether the deviation DiP calculated in step 21 satisfies -DiPL≦DiP≦DiPH (-DiPL: negative setting value, DiPH: positive setting value).
そして、−DiPL≦DiP≦DiPHならステツプ26
へ進み、−DiPL>DiP又はDiPH<DiPならステ
ツプ30へ進む。 Then, if −DiPL≦DiP≦DiPH, step 26
If -DiPL>DiP or DiPH<DiP, proceed to step 30.
ステツプ26では、
−DiPL≦DiP≦DiPHの状態が所定時間以上継
続したか否かを判別し(一時的な状態を除去する
ため)、YESならばステツプ29へ、NOならステ
ツプ30へ進む。 In step 26, it is determined whether the state -DiPL≦DiP≦DiPH has continued for a predetermined time or longer (to remove a temporary state). If YES, the process proceeds to step 29; if NO, the process proceeds to step 30.
ステツプ27〜30では、これらの各制御状態に応
じて、それぞれ第11図イ,ロに示したように異
なるA/F制御の定数(リツチずれ用とリーンず
れ用の積分分補正定数と比例分補正定数)をセツ
トする。 In steps 27 to 30, different A/F control constants (integral correction constants and proportional correction constants for rich deviation and lean deviation) are determined according to each of these control states, as shown in Figure 11 A and B, respectively. correction constant).
このステツプ24,25,29,30がこの考案におけ
る安定制御手段及び非安定制御手段に夫々相当す
る。 These steps 24, 25, 29, and 30 correspond to the stable control means and the unstable control means in this invention, respectively.
次に、ステツプ31でDiPが0よりも大きいかど
うかを判断し、大きければ実際値が目標値より大
きいのでリーンにずれており(以下「リーンず
れ」という)、DiPが0より小さければ実際値が
目標値より小さいのでリツチにずれている(以下
「リツチずれ」という)と判断して、リツチずれ
の場合はステツプ32〜40へ進み、リーンずれの場
合及びDiP=0(実際値と目標値が一致)の場合
はステツプ36〜41へ進む。 Next, in step 31, it is determined whether DiP is greater than 0. If it is, the actual value is greater than the target value and there is a lean deviation (hereinafter referred to as "lean deviation"); if DiP is smaller than 0, the actual value is is smaller than the target value, it is judged that the deviation is rich (hereinafter referred to as "rich deviation"), and in the case of rich deviation, the process proceeds to steps 32 to 40, and in the case of lean deviation and DiP = 0 (actual value and target value) match), proceed to steps 36 to 41.
ステツプ32では、DiP(この場合のDiPは負の
値)の絶対値|DiP|にステツプ17で算出した水
温補正係数KαTWを掛けたものを新らたにDiP
として登録する。 In step 32, a new DiP is calculated by multiplying the absolute value of DiP (DiP in this case is a negative value) |DiP| by the water temperature correction coefficient KαTW calculated in step 17.
Register as.
次に、ステツプ33でリツチ・リーンフラグ
FRLが“1”か否かを判断する。このフラグ
FRLは前回がリーンずれかリツチずれかを示す
フラグで、“1”がリーンずれを示し、“0”がリ
ツチずれを示す。 Next, in step 33, the rich lean flag is
Determine whether FRL is "1" or not. this flag
FRL is a flag indicating whether the previous time was a lean deviation or a rich deviation; "1" indicates a lean deviation, and "0" indicates a rich deviation.
したがつて、ステツプ33でFRL=1であれば、
前回はリーンずれで今回からリツチずれに変つた
ので、ステツプ34でグリーンのLEDをオフにし、
ステツプ35でフラグFRLを“0”にする。 Therefore, if FRL=1 at step 33,
Last time it was lean, but this time it changed to rich, so in step 34 turn off the green LED,
At step 35, the flag FRL is set to "0".
なお、グリーンのLEDは、コントロールユニ
ツトに設けられていて、A/Fのλコントロール
中は点滅(リツチずれで点灯しリーンずれになる
と消灯する)して、その動作状態を表示するため
のものである。 The green LED is provided on the control unit and blinks during A/F lambda control (lights up when the engine is out of range and turns off when it goes out of lean) to indicate its operating status. be.
ステツプ33でFRL=1でなければ、前回もリ
ツチずれであつたのでステツプ34,35を飛ばして
ステツプ40へ進む。 If FRL is not 1 in step 33, skip steps 34 and 35 and proceed to step 40, since there was a rich deviation last time as well.
一方、リーンずれの場合は、ステツプ36でDiP
(この場合のDiPは正の値)に水温補正係数
KαTWを掛けたものを新らたにDiPとして登録
し、ステツプ37でリツチ・リーンフラグFRLが
“1”か否かを判断する。 On the other hand, in case of lean deviation, DiP is performed in step 36.
(DiP in this case is a positive value) with water temperature correction coefficient
The product multiplied by KαTW is newly registered as DiP, and in step 37 it is determined whether the rich lean flag FRL is "1" or not.
“1”でなければ前回はリツチずれで今回から
リーンずれに変つたので、ステツプ38でグリーン
のLEDをオンにして、ステツプ39でフラグFRL
を“1”にする。 If it is not "1", it was a rich deviation last time and has changed to a lean deviation this time, so in step 38 turn on the green LED and in step 39 flag FRL.
Set to “1”.
ステツプ37でFRL=1であれば、前回もリー
ンずれであつたので、ステツプ38,39を飛ばして
ステツプ41へ進む。 If FRL=1 at step 37, the lean shift occurred last time as well, so skip steps 38 and 39 and proceed to step 41.
ステツプ40,41では、ステツプ27〜30でセツト
した定数を用いて補正係数α′とαを演算するが、
αが最終的な空燃比補正係数であり、α′というの
は積分分を演算するもので、定常偏差をなくすた
めに積算をしていつてそのα′を更新保持する。 In steps 40 and 41, the correction coefficients α' and α are calculated using the constants set in steps 27 to 30.
α is the final air-fuel ratio correction coefficient, and α' is used to calculate the integral.In order to eliminate steady-state deviations, α' is updated and held after integration.
ステツプ40ではリツチずれの場合のα′,αを算
出するが、このα′は前回のα′とステツプ27〜30の
いずれかでセツトされたリツチずれ用の積分分補
正定数KiRとステツプ32で登録されたDiPから、
次式によつて算出する。 In step 40, α′ and α in the case of rich deviation are calculated, and this α′ is calculated using the previous α′, the integral correction constant KiR for rich deviation set in any of steps 27 to 30, and step 32. From the registered DiP,
Calculated using the following formula.
α′=α′(前回)−KiR×DiP
そして、αはこのα′の値とステツプ27〜30のい
ずれかでセツトされたリツチずれ用の比例分補正
定数KpR及び上記DiPを用いて、次式によつて算
出する。 α' = α' (previous) - KiR x DiP Then, α is calculated as follows using the value of α', the proportional correction constant KpR for rich deviation set in any of steps 27 to 30, and the above DiP. Calculated using the formula.
α=α′−KpR×DiP
この場合、リツチにずれているのでαを小さく
しなければいけないので、α′からKiR×DiP,
KiR×DiPをそれぞれ減じている。 α=α′−KpR×DiP In this case, since the deviation is rich, α must be made small, so from α′ to KiR×DiP,
KiR×DiP is reduced respectively.
ステツプ41では同様にしてリーンずれの場合の
α′とαを次式によつて算出する。 In step 41, α' and α in the case of lean deviation are similarly calculated using the following equations.
α′=α′(前回)+KiL×DiP
α=α′+KpL×DiP
ここで、KiLとKpLはステツプ27〜30のいずれ
かでセツトされたリーンずれ用の積分分補正定数
と比例分補正定数、DiPはステツプ36で登録され
た値である。 α' = α' (previous) + KiL x DiP α = α' + KpL x DiP Here, KiL and KpL are the integral correction constant and proportional correction constant for lean deviation set in any of steps 27 to 30, DiP is the value registered in step 36.
最後に、この算出された空燃比補正係数αを75
%から125%の間に制限して、メインルーチンヘ
リターンし、燃料噴射パルス幅Tiが算出されて
フイードバツク制御がなされることになる。 Finally, set this calculated air-fuel ratio correction coefficient α to 75
% to 125%, return to the main routine, calculate the fuel injection pulse width Ti, and perform feedback control.
そして、ストイキ制御時のストイキに対する空
燃比の制御値のズレによる排気浄化性能の悪化
は、上記実施例のように空燃比を目標空燃比を中
心として振動させて、実際の空燃比が真のストイ
キ(λ=1)を横切る機会を増すことにより、例
えば第14図に示すように少なくなり、浄化のバ
ラツキも例えば第15図に示すように小さくな
る。 The deterioration of exhaust purification performance due to the deviation of the air-fuel ratio control value from the stoichiometric during stoichiometric control can be solved by vibrating the air-fuel ratio around the target air-fuel ratio as in the above embodiment, so that the actual air-fuel ratio becomes true stoichiometric. By increasing the chances of crossing (λ=1), it becomes smaller, as shown in FIG. 14, for example, and the variation in purification becomes smaller, as shown in FIG. 15, for example.
なお、目標空燃比が理論空燃比か否かは、求め
た目標空燃比TLからでなく、機関の運転状態に
よつて間接的に判別するようにしても良い。 Note that whether or not the target air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio may be determined indirectly based on the operating state of the engine, rather than based on the obtained target air-fuel ratio TL.
また、上記実施例にように、ストイキ制御時に
おいても偏差DiPの大きさに応じて定数を変える
ことにより、従来なら第16図イに示すようにオ
ーバーシユートを引き起こしていた場合でも、同
図ロに示すように実際のA/Fは目標値に速やか
にオーバーシユートなく近づくと共に、その後は
適度の振幅で振動し、前述したように目標値が真
のストイチから若干ずれていたとしても、三元触
媒による浄化作用を有効に活用できる。 In addition, as in the above embodiment, by changing the constant according to the size of the deviation DiP even during stoichiometric control, even if conventionally an overshoot would have occurred as shown in FIG. As shown in (b), the actual A/F quickly approaches the target value without overshoot, and after that it oscillates with a moderate amplitude, and as mentioned above, even if the target value deviates slightly from the true stoichiometric The purification effect of the three-way catalyst can be effectively utilized.
以上説明してきたように、この考案による内燃
機関の空燃比制御装置は、目標空燃比が理論空燃
比に設定されている場合、実際の空燃比と理論空
燃比との偏差が予め定めた設定値を越えている時
には、空燃比補正係数を算出するためのフイード
バツク制御定数を小さく(但し、目標空燃比が理
論空燃比よりリツチ域あるいはリーン域にある場
合の定数よりは大きく)して、安定的なフイード
バツク制御を行い、前記偏差が設定値以下のとき
には、フイードバツク制御定数を大きくして非安
定的なフイードバツク制御を行うようにしたの
で、実際の空燃比が理論空燃比に近づくまではオ
ーバーシユートなく速やかに収束する制御特性が
得られ、理論空燃比に近づいた時には理論空燃比
を中心として実際の空燃比が振動的に微小変動す
るため、目標空燃比が真の理論空燃比から若干ず
れていたとしても、実際の空燃比が真の理論空燃
比を横切る機会が増加し、それによつて三元触媒
による排気の浄化効率を高めることができる。
As explained above, in the air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to this invention, when the target air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio, the deviation between the actual air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio is set to a predetermined value. When the air-fuel ratio exceeds the stoichiometric air-fuel ratio, the feedback control constant for calculating the air-fuel ratio correction coefficient is made small (but larger than the constant when the target air-fuel ratio is in the rich or lean range than the stoichiometric air-fuel ratio) to stabilize the air-fuel ratio. When the deviation is less than the set value, the feedback control constant is increased to perform unstable feedback control, so that overshoot does not occur until the actual air-fuel ratio approaches the stoichiometric air-fuel ratio. A control characteristic that converges quickly without any problems is obtained, and when it approaches the stoichiometric air-fuel ratio, the actual air-fuel ratio fluctuates minutely in an oscillatory manner around the stoichiometric air-fuel ratio, so the target air-fuel ratio deviates slightly from the true stoichiometric air-fuel ratio. Even if the actual air-fuel ratio crosses the true stoichiometric air-fuel ratio, the chances of the actual air-fuel ratio crossing the true stoichiometric air-fuel ratio increase, thereby increasing the exhaust purification efficiency of the three-way catalyst.
第1図はこの考案による内燃機関の空燃比制御
装置の基本的構成を示す機能ブロツク図、第2図
はこの考案の作用説明に共する線図、第3図はこ
の考案の一実施例を示す内燃機関のシステム構成
図、第4図及び第5図はこの考案を実施するため
に使用する酸素センサ及び空燃比検出回路の例を
示す模式的断面図及びブロツク回路図、第6図は
同じくそのA/F検出特性の一例を示す線図、第
7図及び第8図は定常状態におけるエンジンの要
求空燃比の一例を示す説明図、第9図はエンジン
の暖機状態による定常無負荷時の要求空燃比の一
例を示す三次元マツプ図、第10図は加速増量補
正係数及び減速減量補正係数の求め方を説明する
ための各信号波形図、第11図イ,ロはフイード
バツク制御の定数の設定例の説明図、第12図及
び第13図は第4図のコントロールユニツトにお
ける空燃比制御動作を示すフロー図、第14図乃
至第16図は夫々実施例の効果説明に供する線図
である。
1……エンジン本体、2……エアクリーナ、3
……吸気管、4……インジエクタ、5……点火プ
ラグ、7……排気管、8……触媒コンバータ、9
……絞り弁、10……コントロールユニツト、1
1……エアフローメータ、12……絞り弁開度セ
ンサ、13……圧力センサ、14……クランク角
センサ、15……水温センサ、16……酸素セン
サ、17……スワールバルブ、40……空燃比検
出回路。
Fig. 1 is a functional block diagram showing the basic configuration of an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to this invention, Fig. 2 is a diagram explaining the operation of this invention, and Fig. 3 shows an embodiment of this invention. 4 and 5 are schematic cross-sectional views and block circuit diagrams showing examples of the oxygen sensor and air-fuel ratio detection circuit used to implement this invention, and FIG. 6 is the same. A diagram showing an example of the A/F detection characteristic, Figures 7 and 8 are explanatory diagrams showing an example of the engine's required air-fuel ratio in a steady state, and Figure 9 is a diagram showing an example of the engine's required air-fuel ratio in a steady state. A three-dimensional map diagram showing an example of the required air-fuel ratio, Figure 10 is a signal waveform diagram for explaining how to obtain the acceleration increase correction coefficient and deceleration decrease correction coefficient, and Figure 11 A and B show constants of feedback control. 12 and 13 are flowcharts showing the air-fuel ratio control operation in the control unit of FIG. 4, and FIGS. 14 to 16 are diagrams for explaining the effects of the embodiment, respectively. be. 1...Engine body, 2...Air cleaner, 3
... Intake pipe, 4 ... Injector, 5 ... Spark plug, 7 ... Exhaust pipe, 8 ... Catalytic converter, 9
... Throttle valve, 10 ... Control unit, 1
1... Air flow meter, 12... Throttle valve opening sensor, 13... Pressure sensor, 14... Crank angle sensor, 15... Water temperature sensor, 16... Oxygen sensor, 17... Swirl valve, 40... Empty Fuel ratio detection circuit.
Claims (1)
の運転状態に応じて決定される目標空燃比と空燃
比検出手段によつて検出される実際の空燃比との
差及びフイードバツク制御の定数によつて空燃比
補正係数を算出し、その空燃比補正係数によつて
内燃機関の気筒内に供給する混合気の空燃比を補
正して、実際の空燃比が目標空燃比と一致するよ
うにフイードバツク制御するようにした内燃機関
の空燃比制御装置において、 前記実際の空燃比と前記目標空燃比との偏差を
演算する偏差演算手段と、 目標空燃比が理論空燃比に設定されている場合
で、前記偏差演算手段によつて演算された実際の
空燃比と理論空燃比との偏差が設定値を越えてい
る時のフイードバツク制御定数KS2と、前記偏差
が設定値以下の時のフイードバツク制御定数KS1
と、目標空燃比が理論空燃比よりリツチ域あるい
はリーン域に設定されている場合のフイードバツ
ク制御定数KR,KLとを、KS1>KS2>(KR,
KL)の関係を満たすように設定し、前記フイー
ドバツク制御定数KS2を用いて、実際の空燃比が
理論空燃比に安定的に等しくなるように制御する
安定制御手段と、 前記フイードバツク制御定数KS1を用いて、実
際の空燃比が理論空燃比を中心として振動するよ
うに制御する非安定制御手段とを設けたことを特
徴とする内燃機関の空燃比制御装置。[Scope of claim for utility model registration] A three-way catalyst is provided in the exhaust system of an internal combustion engine, and the target air-fuel ratio is determined according to the operating state of the internal combustion engine, and the actual air-fuel ratio is detected by an air-fuel ratio detection means. An air-fuel ratio correction coefficient is calculated based on the difference between An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that performs feedback control to match the air-fuel ratio, comprising: a deviation calculation means for calculating a deviation between the actual air-fuel ratio and the target air-fuel ratio; feedback control constant KS2 when the deviation between the actual air-fuel ratio calculated by the deviation calculation means and the stoichiometric air-fuel ratio exceeds the set value, and the deviation is below the set value. Feedback control constant KS1 when
and the feedback control constants KR, KL when the target air-fuel ratio is set to a richer or leaner range than the stoichiometric air-fuel ratio, KS1>KS2>(KR,
a stability control means for controlling the actual air-fuel ratio to be stably equal to the stoichiometric air-fuel ratio using the feedback control constant KS2; 1. An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, comprising: unstable control means for controlling the actual air-fuel ratio to oscillate around the stoichiometric air-fuel ratio.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1986120573U JPH0528364Y2 (en) | 1986-08-06 | 1986-08-06 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1986120573U JPH0528364Y2 (en) | 1986-08-06 | 1986-08-06 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6326746U JPS6326746U (en) | 1988-02-22 |
JPH0528364Y2 true JPH0528364Y2 (en) | 1993-07-21 |
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ID=31009012
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1986120573U Expired - Lifetime JPH0528364Y2 (en) | 1986-08-06 | 1986-08-06 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0528364Y2 (en) |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6326746U (en) | 1988-02-22 |
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